高壓GIS設(shè)備局部放電檢測特性的研究

李濤 安德寶 馮加坤

摘 要：目前，我國的經(jīng)濟在快速發(fā)展，社會在不斷進步，GIS（GasInsulatedSwitchgear，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備）是以SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的高壓電氣設(shè)備，相比于傳統(tǒng)輸電設(shè)備，GIS有著結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運行安全、可靠性高、維護量小、電磁輻射小等諸多優(yōu)勢。GIS設(shè)備由鋁合金外殼封閉而成，因此當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)局部性缺陷時不易被發(fā)覺，發(fā)展到一定程度后，就會造成絕緣擊穿。局部放電檢測技術(shù)是GIS運行狀態(tài)評估的有效手段，可以提前發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)部早期的局部放電，加以識別并及時跟蹤處理，提高了設(shè)備運行的可靠性。

關(guān)鍵詞：GIS;局部放電;特高頻;超聲波;檢測特性

引 言

GIS屬于高壓電氣設(shè)備，在外部電壓的影響下，設(shè)備周圍會形成一定電場，場強很大，足以使設(shè)備出現(xiàn)放電現(xiàn)象。這種現(xiàn)象作用范圍有限，放電通道也不固定，但會對設(shè)備的絕緣性能造成破壞。當(dāng)這種局部放電現(xiàn)象出現(xiàn)次數(shù)過多或放電量太大，整個設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)都會失效。局部放電檢測方法有多種，相關(guān)人員要從中選出最佳方法來進行在線檢測。本文主要針對GIS局部放電檢測方法進行淺析。

一、聲電聯(lián)合法的GIS局部放電檢測

超聲波檢測法通過接收安裝在GIS腔體外壁的超聲波傳感器來檢測局放源發(fā)出的超聲波信號，受外界噪聲的影響小，抗干擾能力強，定位精度高。超聲波法在實際應(yīng)用存在以下問題：（1）需要通過黏結(jié)劑將傳感器貼在GIS殼體表面，粘貼的效果對測量結(jié)果影響很大;（2）在電力設(shè)備介質(zhì)中衰減較大，影響了檢測的有效空間范圍。超高頻檢測法（UHF）通過UHF傳感器對GIS設(shè)備中發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的超高頻電磁波信號進行檢測，從而獲得局部放電的相關(guān)信息。UHF法由于檢測頻率高，能夠有效避開現(xiàn)場電暈等干擾，檢測靈敏度高，可實現(xiàn)絕緣缺陷類型識別。但是UHF法難以實現(xiàn)局部放電的精確定位，定位范圍往往確定在1～2個氣室內(nèi)。本文提出的GIS局部放電的聲電聯(lián)合測試法，是將超高頻測試法與超聲波測試法相結(jié)合，如在檢測過程中發(fā)現(xiàn)異常信號，兩種方法可互相驗證，還可以通過聲電聯(lián)合法實現(xiàn)對缺陷的精確定位。UHF法與超聲法兩種方法具有互補特性，采用聲電聯(lián)合法技術(shù)還可實現(xiàn)GIS局部放電在線檢測。聲電聯(lián)合法既具有UHF法不受設(shè)備機械振動等環(huán)境影響、定位快速的特性，又具備了超聲的抗電氣干擾能力強、定位準確的優(yōu)點。

二、高壓GIS設(shè)備局部放電檢測特性的研究

2.1盆式絕緣子的放電

目前在GIS交流耐壓試驗中，往往允許在老練過程中出現(xiàn)1-2次放電擊穿，如果重新升壓后，GIS耐受了lmin，無擊穿或閃絡(luò)，仍認為GIS耐壓試驗合格。這樣做的原因是認為老練中的擊穿會將電極毛刺和遺留異物燒掉，不會對主絕緣構(gòu)成破壞。但是如果在耐壓中發(fā)生了絕緣子表面的閃絡(luò)，則很有可能對絕緣子固體絕緣造成損傷。閃絡(luò)后的絕緣子經(jīng)過一段恢復(fù)時間后通常能夠承受工頻耐壓，目前的交流耐壓試驗中還不能判斷老練擊穿的發(fā)生部位，因此很多GIS中很可能己經(jīng)有這些表面閃絡(luò)的絕緣子在運行。這些絕緣子的性能會逐漸劣化，具有安全隱患，研究表明可以通過局部放電檢測發(fā)現(xiàn)經(jīng)受了閃絡(luò)的絕緣子。試驗研究在GIS內(nèi)安裝閃絡(luò)后的絕緣子，使其交流耐壓合格，然后檢測GIS內(nèi)部是否有局部放電出現(xiàn)。閃絡(luò)痕跡長約1Ocm，貫穿中心導(dǎo)體和外殼密封圈，痕跡寬約lOmm，痕跡中央有碳化線條。SF6氣體的表壓為0.45MPa，外施電壓5OkV。

2.2加強設(shè)備的質(zhì)量監(jiān)督

設(shè)備在出廠前，必須經(jīng)過嚴格的質(zhì)量檢查，如果不合格，要求查明原因，并加以解決，必須保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。對于特殊的元件，例如絕緣件的制作，在加工時應(yīng)做特殊加工。此外，務(wù)必重視生產(chǎn)車間的環(huán)境和清潔度。（1）建立完善的質(zhì)量保證體系，進行多級檢查，并做好檢查記錄，上道工序未達標，堅決不進行下道工序。對于出售的設(shè)備，進行定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題，立即停止作業(yè)，查明原因及時解決。（2）重視技術(shù)創(chuàng)新，加大管理力度，制訂相應(yīng)的標準和規(guī)程，加強工作人員的安全意識，促使其盡職盡責(zé)，保證設(shè)備的合格率。加強技術(shù)人員交流，在處理重大故障時，由多人共同商榷，集思廣益，全面考慮，制訂出可行的對策，同時聘請業(yè)內(nèi)的專家教授進行現(xiàn)場指導(dǎo)，學(xué)習(xí)更多的新方法、新技術(shù)。

2.3超聲波檢測法

在這種方法中，需要準備SF6氣體，在方法落實中，要對其進行觀察，并促使其后續(xù)變化能形成超聲波。在具體試驗檢測中，GIS設(shè)備的局部放電會產(chǎn)生電流脈沖，在該脈沖的作用下，放電部位周圍溫度會飆升，該處的氣體受溫度變化影響，體積會變大。當(dāng)溫度降低或溫度不再發(fā)生升高變化時，氣體體積會恢復(fù)原狀，局部放電處相關(guān)區(qū)域體積也會縮小。在該區(qū)域體積發(fā)生變化前后，該處的相關(guān)介質(zhì)密集程度也不再保持原狀，這會直接產(chǎn)生超聲波。相關(guān)人員在利用該種設(shè)備檢測放電現(xiàn)象時，一般需要對放電過程中產(chǎn)生的信息進行采集和分析，采集設(shè)備為傳感器，主要安裝在GIS設(shè)備外表面上，這種傳感器會對實際中產(chǎn)生的超聲波進行采集。傳感器獨立運行，并不會對其他設(shè)備造成干擾，其本身運行也不會受到任何干擾。相關(guān)人員要保證傳感器位置準確、安裝有效，如此GIS設(shè)備才會接受全面檢測，局部放電現(xiàn)象的檢測精度才會提高。

2.4 GIS內(nèi)金屬微粒的放電

在交流耐壓中閃絡(luò)或運行中擊穿的GIS內(nèi)部，往往發(fā)現(xiàn)金屬微粒。這些微?？赡軄碜詸C加工碎屑、裝配遺留、開關(guān)觸頭摩損等。金屬微粒會改變GIS內(nèi)電場的分布，造成局部場強的升高，也會感應(yīng)帶電，從而引起放電性故障。若金屬自由微粒在極間發(fā)生跳動，則對SF6氣體的絕緣性能產(chǎn)生更不利的影響，危害性極大，最終導(dǎo)致接地故障。

2.5 GIS內(nèi)絕緣絲線的放電

在GIS組裝的最后工序中，有清潔內(nèi)部殼體和導(dǎo)體的要求，在用棉布清理的過程中，若不注意可能會留下棉線。在GIS現(xiàn)場裝配和解體過程中，要求盡量使用專用的清潔紙，避免棉布掉毛或棉線刮到導(dǎo)體和絕緣子上。作業(yè)人員在施工時，勞保衣服也有可能存在線頭掉落，所以在設(shè)備封口前，必須仔細檢查并確認無任何異物遺留。本次模擬試驗中將長85mm的一根棉線放在導(dǎo)體屏蔽罩下方的母線筒壁上。SF6氣體的表壓為0.45MPa，外施電壓40kVo。

結(jié) 語

隨著科技的發(fā)展，GIS設(shè)備在水電工程建設(shè)中必將發(fā)揮重要的作用，但其頻繁發(fā)生故障也是阻礙GIS設(shè)備應(yīng)用普及的主要問題之一。本文通過對GIS設(shè)備局部放電的分析，提出防患局部放電故障的對策，對實際運行、維修工作具有一定的參考價值。對于運行期間發(fā)生的故障，應(yīng)找準原因，及時采取相應(yīng)措施解決，避免產(chǎn)生嚴重的事故;在平常應(yīng)加大對設(shè)備的檢修力度，積極摸索新型的檢測手段，對于設(shè)備的安全運行及水電工程的發(fā)展具有重要的意義。

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